Verfahren und Vorrichtung zum Kaltziehen von massivem Draht Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum Kaltziehen von massivem Draht aus Stab material.
In der Vergangenheit bedingten Drahtzieharbeiten die Verwendung eines feststehenden Ziehwerkzeuges, das im wesentlichen aus einer mit Öffnung versehenen Platte aus gehärtetem Metall bestand. Das Eingangsende der Öffnung war abgerundet, um einen stufenweisen Übergang des Materials von einem grösseren Eingangs durchmesser zu einem kleineren Ausgangsdurchmes ser zu erreichen, wenn dasselbe durch die Platte ging.
Bei dieser Drahtziehmethode mit feststehendem Zieh werkzeug ergaben sich grosse Schwierigkeiten, vor allem dann, wenn im Draht Titan oder Legierungen auf Titan basis enthalten waren. So betrug beispielsweise die bei einem solchen Drahtmaterial maximal zulässige Redu zierung bei jedem beliebigen Durchgang durch ein fest- stehendes Ziehwerkzeug etwa 11-13%. Auch musste das Drahtmaterial zwischen häufigen Durchgängen ge glüht werden.
Eine weitere mit der herkömmlichen Tech nik mit feststehendem Ziehwerkzeug verbundene Schwie rigkeit war die, dass ein grosser Kraftaufwand erforder lich war, um einen Draht durch die Reduzieröffnung zu ziehen. Dies führte natürlich zu einer übermässigen Spannungsbeanspruchung des Drahtmaterials, wobei die sich ergebenden Spannungen oftmals ein Reissen oder Oberflächenfehler zur Folge hatten.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Vor schläge bezüglich der Möglichkeit der Anwendung von Walztechniken für Drahtmaterial gemacht. Diese Walz- verfahren, bei denen der Materialdurchgang durch eine kreisrunde, von den Umfangsflächen mehrerer benach barter Walzen gebildete Öffnung vorgesehen war, ka men in Verbindung mit der Reduzierung von Röhren und Rohren erfolgreich zum Tragen. Es war jedoch nicht möglich gewesen, eine ausreichende Reduzierung von Vollmaterial, wie beispielsweise Draht, auf diese be sondere Weise zu erreichen.
Im Falle röhrenförmigen Materials konnte die Materialverdrängung leicht inner- halb der Röhre oder des Rohres als solche(s) aufgenom men werden. Bei Vollmaterial bestand jedoch keine Möglichkeit für das verdrängte Material, irgendwo hin zugehen, so dass es zwischen den benachbarten Walzen nur nach oben gedrückt wurde. Dies führte zur Ent wicklung von Graten und Rippen um den Draht herum, die nur durch äusserst teure und komplizierte Fertig bearbeitungsvorgänge entfernt werden konnten.
Dieses Problem der Gratbildung war bei Kaltverarbeitungen besonders stark ausgeprägt, weil hier das Material zo nenweise eine geringe Verformbarkeit hat, selbst wenn diese Zonen oder Stellen nur geringfügig vom tatsäch lichen Bearbeitungspunkt abgesetzt sind, und somit ein grösserer Widerstand gegen den Metallrückfluss von der Öffnung, durch welche der Draht hindurchgeht, vorhan den ist.
Die vorliegende Erfindung soll die Möglichkeit der Herstellung von kaltgezogenem Drahtmaterial mit aus gezeichneter Oberflächenbeschaffenheit und guter rund- heit bieten, das weitgehendst vollständig von Mitten porosität frei ist; ausserdem soll dieses Kaltziehen mit einem Minimum an Kraftaufwand erfolgen können.
Des weiteren sollen selbst bei Verwendung von Titandraht Reduzierungen von 32 bis 45% Durchgang erreichbar sein, wobei Reduzierungen bis 93% in sieben Durchgän- gen ohne Glühen erzielt werden können.
Die Erfindung soll auch den Vorteil bringen, dass sie die Möglichkeit schafft, das kristalline Gefüge des Ziehmaterials auf eine derartige Weise zu orientieren, dass eine maximale Zugfestigkeit erreicht werden kann.
Auch soll der Draht während des Ziehens nicht be schichtet zu werden brauchen, wie dies bei herkömm lichen feststehenden Ziehwerkzeugen oder Ziehdüsen der Fall ist; es kann lediglich ein lösliches Ölkühlmittel vor gesehen werden, um die Temperatur auf einem annehm baren Wert zu halten.
Erfindungsgemäss ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Phasen, dass zuerst eine radiale Pressung ge gen den Draht an Stellen erfolgt, die in einer gemein- sauren Ebene um dessen Umfang verteilt sind, damit seine Querschnittsform von der kreisrunden Form zu einer mehrfach gewölbten Form verändert wird und dass danach der Draht durch eine kreisrunde, von den beiderseits benachbarten Umfangsflächen einer Viel zahl von Werkzeugwalzen gebildete Reduzieröffnung ge führt wird,
wobei während des Durchgangs die Zonen mit maximalem Querschnittsradius des Drahtes mit der Mitte des Umfanges der entsprechenden Walze in Flucht verbleiben.
Dadurch, dass der Draht beim Ziehen in einem zweistufigen Walzvorgang eine unrunde Zwischenform annimmt, wird vermieden, dass sich Metall zwischen benachbarte Walzen drückt und hierdurch Grate oder Rippen entstehen.
Die Drahtziehvorrichtung weist zwei jeweils aus ei ner Vielzahl von Formwalzen bestehende Werkzeug sätze und eine Vorrichtung zur drehbaren Anordnung derselben auf einem gemeinsamen Rahmen auf, wobei die Walzenachsen eines jeden Satzes weitgehendst in einer gemeinsamen Ebene zu liegen kommen.
Die Draht ziehvorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekenn zeichnet, dass die Achsebenen der beiden Walzensätze voneinander weitgehendst parallel abgesetzt sind; dass die Formwalzen eines jeden Satzes im gleichen Winkel um eine senkrecht zu den Achsebenen befindliche ge meinsame Achse angeordnet sind; dass die Formwalzen an ihrem Umfang mit Schlitzen oder Nuten versehen und an den Kanten abgefasst sind;
dass jeweils einzeln für die Formwalzen eine Vorrichtung vorgesehen ist, um die selben relativ zur gemeinsamen Achse einstellbar in ihre Lage zu bringen, damit die abgefasten Kanten auf einanderfolgender Formwalzen eines jeden Satzes je weils aufeinander zulaufen, wodurch die Schlitz- oder Nutabschnitte der Formwalzen um diese gemeinsame Achse eine Drahtziehöffnung bilden, die im wesentli chen von den Schlitz- oder Nutabschnitten umgeben ist;
dass die Formwalzen so auf dem Rahmen angeord net sind, dass die Walzen eines jeden Satzes winklig zwischen denen des anderen Satzes um eine gemeinsa me Achse zu liegen kommen; und dass die Umfangsab schnitte der Formwalzen eines jeden Satzes des weiteren entsprechend in den Gabeln zwischen aufeinanderfol genden Formwalzen des anderen Satzes zu liegen kom men, wobei sich die Walzenkanten eines jeden Satzes nahe denen des gegenüberliegenden Satzes befinden, um den Abstand entlang der gemeinsamen Achse den ent sprechend von den Walzensätzen gebildeten Drahtzieh- öffnungen auf ein Mindestmass verringern.
Eine besondere beispielsweise Ausführungsform wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zei gen: Fig. 1 eine Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Drahtziehvorrichtung; Fig.2 und 3 teilweise weggebrochen gezeichnete Endansichten eines Ziehkopfes; Fig.4 eine Schnittansicht auf Achse 4-4 nach Fig. 2; Fig. S eine teilweise auseinandergezogen gezeich nete Perspektivansicht eines Ziehkopfes;
Fig. 6 und 7 im vergrösserten Massstab gezeichnete fragmentarische Ansichten der Öffnungsabschnitte des in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ziehkopfes; Fig. 8 eine im vergrösserten Massstab gezeichnete Ansicht des durch die in Fig. 4 dargestellten Walzen gehenden Drahtmaterials; Fig. 9 eine Schnittansicht auf Achse 9-9 nach Fig. 8;
Fig. 10 eine Schnittansicht auf Achse 10-10 nach Fig. 8, und Fig. 11 eine Schnittansicht auf Achse 11-11 nach Fig. B.
Gemäss Fig. 1 wird zu reduzierendes Drahtmaterial 10 von einer Versorgungshaspel 12 abgenommen und durch einen Ziehkopf 14 gezogen. Der bei 10' aufge zeigte reduzierte Draht wird aus dem Ziehkopf 14 her aus auf eine Aufwickelhaspel 16 gegeben, die mittels eines Antriebsmotors 18 gedreht wird. Zur Begrenzung der Drehung der Versorgungshaspel 12 können geeig nete Vorrichtungen (nicht aufgezeigt) vorgesehen wer den, damit dem Drahtmaterial 10 ein bestimmter Grad an Zieh- oder Rückzugspannung beaufschlagt wird, wenn dasselbe in den Ziehkopf 14 eintritt dergestalt, dass der Reduziervorgang erleichtert wird.
Der Ziehkopf 14 ist von besonderer Konstruktion und stellt einen sehr wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung dar. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfasst der Ziehkopf einen mittleren Rahmen 20 von weitgehendst zylindrischer Form und ein Paar runde Deckbleche 22 und 24, die an den jeweils gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 20 durch Bolzen befestigt sind.
Die Fig. 2 bis 7 zeigen diverse Ansichten der In nenform des Ziehkopfes 14. Gemäss Fig. 4 ist der mitt lere Rahmen 20 des Ziehkopfes einteilig aus dem Vol len gearbeitet und besitzt flache und zueinander paralle le Oberflächen als Ein- und Ausgangsseiten 26 und 28, an denen die Deckbleche 22 und 24 durch Bolzen angebracht sind. Eine mutige Öffnung 30 verläuft zen tral durch beide Deckbleche und den mittleren Rahmen in einer zu den Seiten 26 und 28 senkrechten Richtung.
Der mittlere Rahmen 20 ist mit drei radial verlau fenden eingangsseitigen Schlitzen 32 (Fig. 2) und drei radial verlaufenden ausgangsseitigen Schlitzen 34 (Fig. 3) versehen. Die Schlitze in jeder Seite sind gleichwinklig voneinander abgesetzt, wobei die Schlitze 32 an der Ein gangsseite 26 - wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt - wink lig zwischen den Schlitzen 34 an der Ausgangsseite 28 angeordnet sind.
Alle Schlitze stehen mit der mittigen Öffnung 30 in Verbindung; ausserdem verlaufen sie je weils - wie Fig. 4 zeigt - gut zur Hälfte in den mitt leren Rahmen 20 dergestalt, dass innerhalb des Rah mens eine überlappung gegeben ist. Auf Grund der re lativen winkligen Verschiebung zwischen den Schlitzen an der Eingangsseite 26 und denen an der Ausgangsseite 28 jedoch erfolgt keine Störung untereinander.
Ein gabel- oder U-förmiges Jochteil 36 befindet sich in jedem Schlitz 32 und 34. Diese Jochteile sind so be messen, dass sie genau in ihre zugehörigen Schlitze ein passen und von diesen zur radialen Bewegung in Rich tung auf die mittige Öffnung 30 und von dieser weg geführt werden. Die Jochteile 36 besitzen Schenkel 38, die in Richtung auf die mittige Öffnung 30 verlaufen, wobei diese Schenkel nahe ihren Enden mit Löchern 40 zur Aufnahme von Achsen 42 versehen sind, um welche die ein- und ausgangsseitigen Werkzeugwalzen 44 und 46 drehen können.
Die Schenkel 38 der Jochteile 36 sind wie bei 48 aufgezeigt über die Löcher 40 hinaus aufgespalten, wobei Bolzen 50 vorgesehen sind, um die Spalte 48 zu spannen und die Löcher 40 zur Sicherung der Achsen 42 in ihrer Stellung festzuziehen.
Die Werkzeugwalzen 44 und 46 sind mit Innenla gern (nicht aufgezeigt) ausgestattet, damit diese frei um ihre entsprechenden Achsen 42 drehen können. Die Na benbereiche der Werkzeugwalzen sind breit genug, um fast vollständig über den Abstand zwischen den Jochteil- schenkeln 38 hinweg zu verlaufen dergestalt, dass eine maximale Lagerfläche und ein Mindestmass an Span nungen gewährleistet sind. Zwischen den Walzen und den Jochteilschenkeln besteht jedoch ein geringes Spiel 52, um eine seitliche Einstellung der Walzen zu er möglichen, wie dies im Nachstehenden noch näher zu beschreiben sein wird.
Die Werkzeugwalzen 44 und 46 besitzen konische Seiten 54 und abgefasste Kantenflächen 56 nahe ihrem Umfang an jedem Ende derselben. Die Umfangsflächen als solche sind mit Nuten oder Schlitzen 58 und 60 von bogenförmigem Querschnitt versehen.
Sind die Jochteile 36, wie in den Fig. 6 und 7 dar gestellt, so eingestellt, dass Umfangsflächen einer jeden Werkzeugwalzengruppe aufeinander zu gebraucht sind und dass ihre beiderseitigen benachbarten abgefasten Kantenflächen 56 bis auf ein Spiel von etwa 0.004 Zoll beieinander liegen, so werden weitgehendst geschlossene Eingangsöffnung 62 zwischen den bogenförmigen Nu ten oder Schlitzen 58 der Eingangswalzen 44 (Fig. 6)
und eine weitgehendst geschlossene Ausgangsöffnung 64 zwischen den bogenförmigen Nuten oder Schlitzen 60 der Ausgangswalzen 46 (Fig. 7) gebildet.
Aus Fig. 6 ist zu erkennen, dass der Krümmungs- radius der drei Nuten oder Schlitze 58 mit gewölbtem Querschnitt, welche die Eingangsöffnung 62 bilden, in jedem Falle über den Mittelpunkt der eigentlichen Öffnung hinaus verläuft. Demgemäss hat die Eingangs öffnung 62 eine im wesentlichen dreieckige Form mit nach aussen gebogenen Seiten.
Gemäss Fig. 7 verläuft der Krümmungsradius der drei die Ausgangsöffnung 64 bildenden Nuten oder Schlitze 60 mit gewölbtem Querschnitt in jedem Falle genau zur Mitte der Öffnung, so dass die Ausgangsöff nung 64 eine weitgehendst runde Form aufweist.
Es erhellt sich, dass die Form und die Ausfluchtung der Eingangs- und Ausgangsöffnungen 62 und 64 äus- serst stark von der Stellung der Werkzeugwalzen 44 und 46 abhängig sind. Es sind verschiedene Vorrichtungen vorgesehen, um eine zwangsläufige und genaue Steue rung der Walzeneinstellung zu erreichen. Gemäss Fig. 3 besitzt jedes Jochteil 36 eine radiale Zugschraube 66, welche durch die zylindrische Oberfläche des mittleren Rahmens 20 eingeführt und in den unteren Abschnitt des Jochteils 36 eingeschraubt ist.
Ein Paar radialer Druckschrauben 68 sind in den Rahmen 20 auf jeder Seite einer jeden Zugschraube 66 eingeschraubt und stossen gegen die Rückseite des Jochteils 36. Diese Druckschrauben 68 drücken auf das Jochteil radial nach innen, während die Zugschraube 66 daran radial nach aussen zieht, dergestalt, dass das Jochteil in einer gege benen radialen Stellung sicher gehalten wird. Hierdurch wird natürlich die radiale Stellung der abgefasten Kon taktflächen 56 und der Umfangsnuten oder -schlitze 58 oder 60 der zugehörigen Werkzeugwalze 44 oder 46 bestimmt.
Wie im vorstehenden erwähnt, ist bei den Werkzeug walzen 44 und 46 bis zu einem gewissen Grade eine seit liche Einstellung innerhalb der Spielräume 52 zwischen ihren Nabenbereichen und den zugehörigen Jochteil- schenkeln 38 möglich. Diese seitliche Einstellung erfolgt mittels länglicher Schubstangen 70, welche durch die zylindrische Oberfläche des Rahmens 20 an jeder Seite eines jeden Jochteils 36 eingeführt werden und gegen die entgegengesetzten Enden der zugehörigen Werkzeug walzenachse 42 stossen. Die Schubstangen 70 besitzen Stellschrauben 71, die drehbar an ihren äusseren Enden angeordnet sind.
Die Stellschrauben sind in den Rah men 20 eingeschraubt, wobei durch ihre Einstellung die zugehörigen Schubstangen eine Verschiebung der Ach se 42 von Seite zu Seite innerhalb des Spiels 52 erfahren. Selbstverständlich würden bei dieser Einstellung die Bol zen 50 gelöst, dergestalt, dass die Achse 42 innerhalb der Löcher 40 im Jochteil 36 frei bewegbar ist. Ist die gewünschte Einstellung erst einmal erfolgt, so werden die Bolzen 50 wieder angezogen, um die Achse in ihrer Lage zu sichern. Die relative Stellung der Zug- und Druckschrauben 66 und 68 sowie der Schubstangen 70 zur Einstellung einer gegebenen Werkzeugwalze ist in Fig. 5 aufgezeigt.
Ausserdem ist aus Fig. 5 der Schachtelungseffekt zwi schen den ein- und ausgangsseitigen Werkzeugschalen 44 und 46 zu ersehen. Wie ersichtlich, haben diese Werkzeugwalzen einen beträchtlichen Durchmesser, so dass ein stark schrittweiser Übergang zur Ziehöffnung erfolgen kann, wobei der Abstand zwischen den Ein gangs- und Ausgangsöffnungen 62 und 64 dennoch weit aus geringer als der Durchmesser der Walzen ist.
Durch die einzigartige geschlitzte Rahmenanordnung, dessen Vorteile im Nachstehenden noch näher zu erläutern sein werden, wird erreicht, dass die eingangs- und aus- gangsseitigen Werkzeugwalzen zum Zwecke der Schach- telung und der Ausfluchtung der Öffnungen in einem geeigneten proportionalen Verhältnis sicher gehalten werden.
Der gemeinsame Rahmen ist darüberhinaus robust und starr, gestattet aber trotzdem äusserst feine Einstel lung der vorbeschriebenen Eingangs- und Ausgangsöff nungen. Des weiteren können, wie in Fig. 5 aufgezeigt, einzelne oder alle Werkzeugwalzen 44 oder 46 entlang ihren Jochteilen 36 zum Zwecke der Ausbesserung oder Erneuerung entfernt werden, indem man einfach die Deckbleche 22 und 24 abnimmt, die verschiedenen Stell schrauben löst und die Jochteile 36 aus ihren entspre chenden Schlitzen 32 und 34 abzieht.
Fig. 8 stellt im vergrösserten Massstab das Drahtma terial 10 dar, wie dieses in Fig. 4 während des Ziehens durch die beiden Öffnungen 62 und 64 erscheint. Ge- mäss Fig. 8 ist zu ersehen, dass der Draht 10 beim Durchlaufen einer jeden Öffnung einen stufenweisen Übergang in Längsrichtung erfährt, und zwar zunächst ausgehend von einem nicht reduzierten kreisförmigen Querschnitt 72 zu einem dreiseitig gewölbten Quer schnitt 74 und zweitens von diesem letzteren dreiseitig gewölbten Querschnitt 74 zu einem reduzierten kreis förmigen Querschnitt 76.
Der Grund für das Durchlaufen einer Zwischen stufe mit nicht kreisförmigem Querschnitt erhellt sich aus der Betrachtung der Art und Weise, in der die Ein gangs- und Ausgangsöffnungen 62 und 64 ausgebildet sind. Mit bezug auf die Fig. 6 und 7 ist zu beachten, dass - während die Öffnungen 62 und 64 weitgehend geschlossen sind - dennoch ein begrenzter Abstand zwischen den abgefasten Kantenflächen 56 der Werk zeugwalzen einer jeden Gruppe verbleibt. Demgemäss wird zwischen den abgefasten Kantenflächen im Bereich nahe jeder eigentlichen Öffnung ein Treibeffekt erzielt.
Auf Grund der bei der Verformung von massivem Me talldraht anstehenden sehr grossen Kräfte und auf Grund der in die Formöffnungen hinein verlaufenden Werk zeugwalzenform besteht bei dem Metall die Tendenz, zwischen benachbarten Walzen nach oben und in die Zwischenräume zwischen ihren angrenzenden abgefa- sten Kantenflächen 56 zu fliessen. Dieses verdrängte Metall wird sodann zwischen den abgefasten Kantenflä chen mitgeführt und bildet Grate oder Längsrippen ent lang dem Draht,
welche auf übliche Weise entfernt wer den können.
Durch Ausbildung der Eingangsöffnung dergestalt, dass die benachbarten abgefasten Kantenflächen 56 selbst radial nach aussen in geringem Abstand von dem verdrängten Metall abgesetzt sind, wird ein Eindringen von Metall verhindert. Darüber hinaus gestattet die so erreichte unrunde Anordnung die Verwendung von eine runde Öffnung bildenden Werkzeugwalzenschlitzen oder -nuten, durch welche das Drahtmaterial in eine kreis runde Form zurückgedrückt werden kann, wobei nur eine geringe oder überhaupt keine Tendenz besteht,
dass das Metall zwischen ihren eigenen benachbarten Kon taktflächen nach oben gedrückt wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, variiert die dreifach ge wölbte Eingangsöffnung 62 zwischen einem Mindest radius (R min.) nahe der Mitte eines jeden Umfangs mit Schlitzen oder Nuten und einem Maximalradius (R max.) an dem Punkt, an dem die Umfangsflächen zusammen kommen. Der Radius des nicht reduzierten Drahtmate rials bei 72 liegt zwischen den Mindest- und Maximal radien der Eingangsöffnung. Auf diese Weise bewirken die eingangsseitigen Werkzeugwalzen 44 ein Einpressen nur über die abgesetzten Flächen um den Drahtumfang, während sich andere Zonen unter Reduzierung der ge samten Querschnittsfläche leicht ausbeulen.
Die Kombi nation dieses Druckes nach innen und Ausbeulens nach aussen führt zu einer bei 74 aufgezeigten dreiseitig ge wölbten Querschnittszwischenform. Dieser Zwischen querschnitt besitzt einen Mindestradius (R min.), der sich mit dem Mindestradius (R min.) der Eingangsöff nung 62 deckt. Der Zwischenquerschnitt hat jedoch ei nen Maximalradius (R max.), der - wie bei d aufge zeigt - geringfügig kleiner als der Maximalradius (R max.) der Eingangsöffnung ist.
Dieser Unterschied der Maximalradien (d = R max. - R max.) hat die Auf gabe, zu verhindern, dass das Drahtmaterial nach oben zwischen die benachbarten abgefasten Kantenflächen 56 der verschiedenen eingangsseitigen Werkzeugwalzen 44 gedrückt wird. Somit entsteht also bei der Umwand lung des Drahtmaterials von einem kreisförmigen zu ei nem dreiseitig gewölbten Querschnitt in der ersten Re duzierphase keinerlei Grat- oder Rippenbildung durch das Zusammenkommen der verschiedenen eingangsseiti- gen Werkzeugwalzen 44.
Fig. 7 zeigt das Verhältnis des Zwischenquerschnitts 74 des Drahtmaterials zur Ausgangsöffnung 64. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt die Ausgangsöffnung 64 einen festen Radius (R out), der geringer als der Maximalradius (R max.) des eintretenden Drahtmate- rials, jedoch grösser als dessen Mindestradius (R min.) ist.
Des weiteren, und dies ist von äusserster Wichtigkeit, sind die verschiedenen ausgangsseitigen Werkzeugwal zen 46 so angeordnet, dass die Mitten ihrer Umfangs- schlitze oder -nuten 60 mit den Punkten des Maximal radius (R max.) des dreiseitig gewölbten Zwischenquer schnitts 74 fluchten, während ihre abgefasten Kontakt flächen 56 in Flucht mit den Punkten des Mindestra dius (R min.) zu liegen kommen und von diesen radial nach aussen abgesetzt sind.
Infolgedessen bewirken die ausgangsseitigen Werkzeugwalzen 46 ein Zurückpres sen des Drahtmaterials in eine kreisrunde Form, wobei nur wenig oder überhaupt kein Metall gegen die be nachbarten abgefasten Kantenflächen 56 gedrückt wird und somit keinerlei Tendenz beim Draht besteht, Grate oder Rippen zu bilden.
Durch ordnungsgemässe Einstellung der Eingangs walzen 44 lässt sich bei Querschnittsfläche des in die Ausgangswalzen 46 eintretenden Drahtmaterials in ei nem solchen Grade zu steuern, dass die Ausgangswal zen einen vollrunden Draht ohne Abflachungen und Grate erzeugen. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Eingangswalzen den kleineren Durchmesser des Drahtzwischenprofils kontrollieren dergestalt, dass in der zweiten Reduzierungsstufe die Zonen mit Unter durchmesser eine Ausbeulung oder Aufwölbung auf die Form. des gewünschten Enddurchmessers erfahren, oh ne dass sie nach oben zwischen die Walzen gedrückt werden.
Ausserdem wird auf Grund des von den Ein gangswalzen erzeugten Ziehwiderstandes dem Draht ein Rück- oder Umkehrzug beaufschlagt, wenn er durch die Ausgangswalzen läuft. Dieser Rückzug bewirkt die Steuerung des Metallflusses während der zweiten Re duzierungsstufe, so dass das verdrängte Metall, anstatt vollständig radial nach aussen in Richtung auf die be nachbarten Kanten der Walzenumfangsflächen aufzu wölben, in Wirklichkeit gezwungen wird, -össtenteils in Längsrichtung entlang dem Draht zu fliessen. Hier durch wird natürlich die Möglichkeit der Bildung von Graten oder Rippen verringert.
Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen die verschiedenen Querschnittsformen des Drahtmaterials im Verhältnis zueinander als Ergebnis des Durchgangs durch die Ein gangs- und Ausgangsöffnungen 62 und 64. Wie aus Fig. 9 ersichtlich, dehnt sich der Draht beim Durchgang durch die Eingangsöffnung 62 radial in bestimmten Rich tungen aus, um einen Maximalradius (R max.) zu bil den, der grösser als sein Ausgangsradius ist, während der Draht in anderen Richtungen eine Verringerung des Radius auf den Wert (R min.) erfährt,
der unter seinem Ausgangsradius liegt. Die effektive Veränderung an Querschnittsfläche ist jedoch negativ, so dass insgesamt in der Eingangsöffnung eine Reduzierung erfolgt. Auf ähnliche Weise dehnt sich der Draht, wie in Fig. 10 dar gestellt, beim Durchgang durch die Ausgangsöffnung 64 ebenfalls radial entlang seinen Zonen mit Mindest radius (R min.) aus, während er entlang seinen Zonen mit Maximalradius (R max.) bei seiner Rückführung in die kreisrunde Form abnimmt.
Und wiederum ist die effektive Veränderung an Querschnittsfläche negativ, so dass sich insgesamt in der Ausgangsöffnung 64 eine zweite Reduzierung ergibt. Der Unterschied zwischen dem Durchmesser der Eingangs- und der Ausgangsquer schnitte 72 und 76 ist in Fig. 11 aufgezeigt. Die verschachtelte Anordnung der vorbeschriebenen Eingangs- und Ausgangswerkzeugwalzen ermöglicht die erfolgreiche Reduzierung von massivem Metalldraht mit glatter Oberflächenbeschaffenheit und weitgehendst kreisrunder Querschnittsform.
Dies ist so auf Grund der Tatsache, dass die ver schachtelte Anordnung durch das sehr nahe Zusam menbringen der Eingangs- und Ausgangsöffnungen ge währleistet, dass der dreiseitig gewölbte Zwischenquer schnitt 74 in genauer Flucht mit den Werkzeugwalzen in die Ausgangsöffnung 64 eintritt.
Wäre der dreiseitig gewölbte Querschnitt zum Bei spiel auch nur geringfügig verdrallt, so kämen seine Punkte mit Maximalradius (R max.) nicht in Flucht mit der Wirklinie der ausgangsseitigen Werkzeugwalzen 44 zu liegen und würde infolgedessen die kombinierte Kraft dieser Walzen ein Drehmoment auf dem Draht um des sen Längsachse in Richtung der Verdrallung erzeugen.
Der verstärkte Druck der Walzen würde dann eine wei tere Verdrallung des Drahtes bewirken, dergestalt, dass dessen Zonen mit Maximalradius (R max.) zwischen be nachbarten abgefasten Kontaktflächen 56 eingeschlossen und Rippen oder Grate entstehen würden.
Die verschachtelte Anordnung verhindert dies je doch, da die Eingangs- und Ausgangsöffnungen äusserst nahe beieinanderliegen und der Draht keinerlei Tendenz hat, sich merklich zu verdrallen, wenn er von der einen in die andere übergeht.
Ein weiterer Vorteil des von den Eingangswalzen er zeugten Umkehrungseffektes ist der, dass hierdurch die zum Durchführen des Drahtes durch die Ausgangswal zen erforderliche Zugkraft verringert wird. So ist also die zum Ziehen des Drahtes durch die beiden Reduzier walzensätze insgesamt erforderliche Zugkraft weitaus geringer als die Summe der Zugkräfte, die benötigt wür den, um einen Draht getrennt durch zwei einzelne ähn liche Walzensätze zu ziehen. Hierdurch wird die Zieh spannung auf ein Mindestmass beschränkt und eine weitaus grössere Reduzierung erreichbar, als dies bisher möglich war.
Method and device for cold drawing of solid wire The invention relates to a method and a device for cold drawing of solid wire from rod material.
In the past, wire drawing operations involved the use of a stationary drawing tool consisting essentially of an apertured plate of hardened metal. The entrance end of the opening was rounded in order to achieve a gradual transition of the material from a larger entrance diameter to a smaller exit diameter as it passed through the plate.
This wire drawing method with a fixed drawing tool resulted in great difficulties, especially when the wire contained titanium or titanium-based alloys. For example, the maximum reduction permitted for such a wire material was around 11-13% for any given pass through a fixed drawing tool. The wire material also had to be annealed between frequent passes.
Another difficulty associated with conventional technology with a fixed drawing tool was that a great deal of force was required to pull a wire through the reducing opening. This of course resulted in excessive tension on the wire material, the resulting tension often causing cracking or surface defects.
Various proposals have been made in the past regarding the possibility of using rolling techniques for wire material. These rolling processes, in which the material passage was provided through a circular opening formed by the circumferential surfaces of several adjacent rolls, came to fruition in connection with the reduction of tubes and pipes. However, it was not possible to achieve a sufficient reduction in solid material, such as wire, in this special way.
In the case of tubular material, the material displacement could easily be absorbed within the tube or the pipe as such. In the case of solid material, however, there was no way for the displaced material to go anywhere, so that it was only pushed up between the neighboring rollers. This led to the development of burrs and ribs around the wire which could only be removed by extremely expensive and complicated finishing operations.
This problem of burr formation was particularly pronounced in cold processing because here the material has a low deformability zone by zone, even if these zones or places are only slightly separated from the actual processing point, and thus a greater resistance to metal backflow from the opening which the wire goes through is present.
The present invention is intended to offer the possibility of producing cold-drawn wire material with excellent surface properties and good roundness, which is largely completely free of middle porosity; In addition, this cold drawing should be able to take place with a minimum of effort.
Furthermore, reductions of 32 to 45% throughput should be achievable even when using titanium wire, whereby reductions of up to 93% can be achieved in seven passes without annealing.
The invention is also intended to bring the advantage that it creates the possibility of orienting the crystalline structure of the drawing material in such a way that maximum tensile strength can be achieved.
Also, the wire should not need to be coated during the drawing, as is the case with conventional fixed drawing tools or drawing nozzles; it can only be seen in front of a soluble oil coolant in order to keep the temperature at an acceptable level.
According to the invention, the method is characterized by the phases that first a radial pressing against the wire takes place at points that are distributed in a common acidic plane around its circumference, so that its cross-sectional shape is changed from a circular shape to a multiple arched shape and that then the wire is passed through a circular reduction opening formed by the adjacent peripheral surfaces of a large number of tool rollers,
during the passage the zones with the maximum cross-sectional radius of the wire remain in alignment with the center of the circumference of the corresponding roller.
The fact that the wire takes on an out-of-round intermediate shape when drawn in a two-stage rolling process prevents metal from being pressed between adjacent rolls and creating burrs or ribs.
The wire drawing device has two tool sets each consisting of a plurality of forming rollers and a device for the rotatable arrangement of the same on a common frame, the roller axes of each set largely coming to lie in a common plane.
According to the invention, the wire drawing device is characterized in that the axial planes of the two sets of rollers are set apart from one another as largely parallel as possible; that the forming rolls of each set are arranged at the same angle about a common axis perpendicular to the axial planes; that the molding rollers are provided with slots or grooves on their circumference and are tapered at the edges;
that a device is provided individually for the forming rollers to bring the same adjustable relative to the common axis in their position so that the chamfered edges on successive forming rollers of each set converge, whereby the slot or groove sections of the forming rollers around them common axis form a wire drawing opening which is surrounded by the slot or groove sections in wesentli Chen;
that the forming rollers are net angeord on the frame that the rollers of each set come to lie at an angle between those of the other set about a common axis; and that the circumferential sections of the forming rollers of each set also lie in the forks between successive forming rollers of the other set, the roller edges of each set being close to those of the opposite set by the distance along the common axis Reduce the wire drawing openings formed by the roller sets to a minimum.
A special example embodiment is described in more detail with reference to the drawings. It shows: FIG. 1 an illustration of an embodiment of the wire drawing device according to the invention; 2 and 3 partially broken away end views of a pulling head; FIG. 4 is a sectional view on axis 4-4 of FIG. 2; Fig. S is a partially exploded perspective view of a drawing head;
6 and 7 are fragmentary views, drawn on an enlarged scale, of the opening portions of the pulling head shown in FIGS. 2 and 3; FIG. 8 shows a view, drawn on an enlarged scale, of the wire material passing through the rollers shown in FIG. 4; FIG. 9 is a sectional view on axis 9-9 according to FIG. 8;
10 is a sectional view on axis 10-10 according to FIG. 8, and FIG. 11 is a sectional view on axis 11-11 according to FIG. B.
According to FIG. 1, wire material 10 to be reduced is removed from a supply reel 12 and pulled through a pulling head 14. The reduced wire shown at 10 'is passed from the pulling head 14 onto a take-up reel 16 which is rotated by means of a drive motor 18. To limit the rotation of the supply reel 12, suitable devices (not shown) can be provided so that the wire material 10 is subjected to a certain degree of pulling or retraction tension when it enters the pulling head 14 in such a way that the reducing process is facilitated.
The pulling head 14 is of special construction and represents a very essential part of the present invention. As can be seen from FIG. 1, the pulling head comprises a central frame 20 of largely cylindrical shape and a pair of round cover plates 22 and 24, which are attached to the opposite Sides of the frame 20 are fastened by bolts.
2 to 7 show various views of the inner shape of the pulling head 14. According to FIG. 4, the middle frame 20 of the pulling head is made in one piece from the Vol len and has flat and parallel surfaces as input and output sides 26 and 28 , to which the cover plates 22 and 24 are attached by bolts. A bold opening 30 runs centrally through both cover plates and the central frame in a direction perpendicular to the sides 26 and 28.
The middle frame 20 is provided with three radially extending input-side slots 32 (Fig. 2) and three radially extending output-side slots 34 (Fig. 3). The slots in each side are equiangularly offset from one another, the slots 32 on the input side 26 - as shown in FIGS. 2 and 3 - angularly between the slots 34 on the output side 28 are arranged.
All of the slots are in communication with the central opening 30; In addition, they run each Weil - as FIG. 4 shows - a good half in the middle frame 20 in such a way that there is an overlap within the frame. Due to the relative angular displacement between the slots on the input side 26 and those on the output side 28, however, there is no interference with one another.
A fork or U-shaped yoke portion 36 is located in each slot 32 and 34. These yoke portions are sized to fit snugly into their associated slots and from these for radial movement in the direction of the central opening 30 and from this way to be led. The yoke parts 36 have legs 38 which run in the direction of the central opening 30, these legs being provided near their ends with holes 40 for receiving axes 42 about which the input and output tool rollers 44 and 46 can rotate.
The legs 38 of the yoke parts 36 are split open beyond the holes 40 as indicated at 48, with bolts 50 being provided to tension the gaps 48 and to tighten the holes 40 to secure the axles 42 in place.
The tool rolls 44 and 46 are equipped with Innenla like (not shown) so that they can rotate freely about their respective axes 42. The hub areas of the tool rollers are wide enough to run almost completely over the distance between the yoke part legs 38 in such a way that a maximum bearing surface and a minimum amount of stresses are guaranteed. However, there is a slight play 52 between the rollers and the yoke part limbs in order to make a lateral adjustment of the rollers possible, as will be described in more detail below.
The tool rolls 44 and 46 have tapered sides 54 and chamfered edge surfaces 56 near their circumference at each end thereof. The peripheral surfaces as such are provided with grooves or slots 58 and 60 of arcuate cross-section.
If the yoke parts 36, as shown in FIGS. 6 and 7, are set so that the circumferential surfaces of each tool roller group are used towards one another and that their mutually adjacent chamfered edge surfaces 56 are apart to a clearance of about 0.004 inches, so are largely closed input opening 62 between the arcuate grooves or slots 58 of the input rollers 44 (Fig. 6)
and a largely closed exit opening 64 is formed between the arcuate grooves or slots 60 of the exit rollers 46 (FIG. 7).
It can be seen from FIG. 6 that the radius of curvature of the three grooves or slots 58 with a curved cross section, which form the inlet opening 62, in each case extends beyond the center point of the actual opening. Accordingly, the inlet opening 62 has an essentially triangular shape with outwardly curved sides.
According to FIG. 7, the radius of curvature of the three grooves or slots 60 that form the outlet opening 64 and have a curved cross section in each case runs exactly to the center of the opening, so that the outlet opening 64 has a largely round shape.
It is evident that the shape and the alignment of the inlet and outlet openings 62 and 64 are extremely dependent on the position of the tool rollers 44 and 46. Various devices are provided in order to achieve positive and precise control of the roller setting. According to FIG. 3, each yoke part 36 has a radial tension screw 66 which is inserted through the cylindrical surface of the central frame 20 and screwed into the lower section of the yoke part 36.
A pair of radial compression screws 68 are screwed into the frame 20 on either side of each tension bolt 66 and abut the rear of the yoke portion 36. These compression bolts 68 press the yoke portion radially inward while the tension bolt 66 pulls it radially outward, such that that the yoke part is held securely in a given radial position. As a result, the radial position of the chamfered con tact surfaces 56 and the circumferential grooves or slots 58 or 60 of the associated tool roller 44 or 46 is of course determined.
As mentioned above, in the case of the tool rollers 44 and 46, up to a certain degree a lateral adjustment within the clearances 52 between their hub regions and the associated yoke part limbs 38 is possible. This lateral adjustment is done by means of elongated push rods 70 which are inserted through the cylindrical surface of the frame 20 on each side of each yoke part 36 and roll axis 42 against the opposite ends of the associated tool. The push rods 70 have adjusting screws 71 which are rotatably arranged at their outer ends.
The set screws are screwed into the frame 20, with the associated push rods shifting the Ach se 42 from side to side within the game 52 experience through their setting. With this setting, the bolts 50 would of course be released, in such a way that the axis 42 is freely movable within the holes 40 in the yoke part 36. Once the desired setting has been made, the bolts 50 are tightened again in order to secure the axis in its position. The relative position of the tension and pressure screws 66 and 68 and of the push rods 70 for setting a given tool roll is shown in FIG.
In addition, the nesting effect between the input and output tool shells 44 and 46 can be seen from FIG. As can be seen, these tool rollers have a considerable diameter, so that a very gradual transition to the drawing opening can take place, the distance between the input and output openings 62 and 64 still being far smaller than the diameter of the rollers.
The unique slotted frame arrangement, the advantages of which will be explained in more detail below, ensures that the input and output side tool rolls are securely held in a suitable proportional relationship for the purpose of nesting and aligning the openings.
The common frame is also robust and rigid, but nevertheless allows extremely fine adjustment of the input and output openings described above. Furthermore, as shown in FIG. 5, individual or all of the tool rolls 44 or 46 along their yoke parts 36 can be removed for the purpose of repair or renewal by simply removing the cover plates 22 and 24, loosening the various adjusting screws and the yoke parts 36 32 and 34 withdraws from their corre sponding slots.
Fig. 8 shows the wire material 10 on an enlarged scale, as this appears in Fig. 4 during the pulling through the two openings 62 and 64. 8 it can be seen that the wire 10 experiences a gradual transition in the longitudinal direction as it passes through each opening, initially starting from an unreduced circular cross section 72 to a three-sided arched cross section 74 and secondly from the latter on three sides curved cross section 74 to a reduced circular cross section 76.
The reason for going through an intermediate stage with a non-circular cross-section becomes clear from consideration of the manner in which the input and output openings 62 and 64 are formed. With reference to FIGS. 6 and 7, it should be noted that - while the openings 62 and 64 are largely closed - a limited distance nevertheless remains between the chamfered edge surfaces 56 of the tool rolls of each group. Accordingly, a blowing effect is achieved between the chamfered edge surfaces in the area near each actual opening.
Due to the very large forces occurring during the deformation of solid metal wire and due to the tool roll shape extending into the mold openings, the metal has a tendency to flow up between adjacent rolls and into the spaces between their adjacent chamfered edge surfaces flow. This displaced metal is then carried along between the chamfered edge surfaces and forms burrs or longitudinal ribs along the wire,
which can be removed in the usual way.
By designing the inlet opening in such a way that the adjacent chamfered edge surfaces 56 themselves are offset radially outward at a small distance from the displaced metal, the ingress of metal is prevented. In addition, the non-circular arrangement thus achieved permits the use of tool roll slots or grooves forming a circular opening through which the wire material can be pushed back into a circular shape, with little or no tendency
that the metal is pushed up between their own adjacent contact surfaces.
As can be seen from Fig. 6, the triple arched entrance opening 62 varies between a minimum radius (R min.) Near the center of each perimeter with slots or grooves and a maximum radius (R max.) At the point where the peripheral surfaces meet come. The radius of the non-reduced wire material at 72 is between the minimum and maximum radii of the inlet opening. In this way, the input-side tool rollers 44 cause a pressing in only over the stepped surfaces around the wire circumference, while other zones bulge slightly, reducing the entire cross-sectional area.
The combination of this pressure inwards and bulging outwards leads to an intermediate cross-sectional shape that is arched on three sides at 74. This intermediate cross-section has a minimum radius (R min.) Which coincides with the minimum radius (R min.) Of the input opening 62. The intermediate cross-section, however, has a maximum radius (R max.) Which - as shown at d - is slightly smaller than the maximum radius (R max.) Of the inlet opening.
This difference in the maximum radii (d = R max. - R max.) Has the task of preventing the wire material from being pressed upwards between the adjacent chamfered edge surfaces 56 of the various input-side tool rollers 44. Thus, when the wire material is converted from a circular to a three-sidedly arched cross-section in the first reduction phase, there is no formation of burrs or ribs due to the coming together of the various input-side tool rollers 44.
7 shows the ratio of the intermediate cross section 74 of the wire material to the outlet opening 64. As can be seen from the drawing, the outlet opening 64 has a fixed radius (R out) that is less than the maximum radius (R max.) Of the incoming wire material, however is larger than its minimum radius (R min.).
Furthermore, and this is of the utmost importance, the various output-side tool rollers 46 are arranged in such a way that the centers of their circumferential slots or grooves 60 are aligned with the points of the maximum radius (R max.) Of the three-sided curved intermediate cross-section 74, while their chamfered contact surfaces 56 come to lie in alignment with the points of the minimum radius (R min.) and are offset from these radially outwards.
As a result, the output-side tool rollers 46 cause a Rückpres sen of the wire material in a circular shape, with little or no metal being pressed against the adjacent chamfered edge surfaces 56 and thus there is no tendency for the wire to form burrs or ribs.
By properly setting the input rollers 44, the cross-sectional area of the wire material entering the output rollers 46 can be controlled to such an extent that the output rollers produce a fully round wire without flats and burrs. This is ensured by the fact that the input rollers control the smaller diameter of the intermediate wire profile in such a way that in the second reduction stage the zones with a lower diameter create a bulge or bulge on the mold. find out the desired final diameter without being pushed up between the rollers.
In addition, due to the drawing resistance generated by the A input rollers, the wire is subjected to a reverse or reverse tension when it runs through the output rollers. This retraction effects the control of the metal flow during the second reduction stage, so that the displaced metal, instead of bulging completely radially outward in the direction of the adjacent edges of the roller circumferential surfaces, is actually forced to flow largely longitudinally along the wire . This of course reduces the possibility of burrs or ribs forming.
9, 10 and 11 show the various cross-sectional shapes of wire material in relation to one another as a result of passage through input and output openings 62 and 64. As can be seen in FIG. 9, the wire expands radially as it passes through input opening 62 in certain directions in order to form a maximum radius (R max.) which is larger than its starting radius, while the wire experiences a reduction in radius to the value (R min.) in other directions,
which is below its starting radius. However, the effective change in cross-sectional area is negative, so that there is an overall reduction in the inlet opening. Similarly, the wire expands, as shown in Fig. 10, when passing through the exit opening 64 also radially along its zones with a minimum radius (R min.), While it extends along its zones with a maximum radius (R max.) its return to the circular shape decreases.
And again the effective change in the cross-sectional area is negative, so that there is a second reduction overall in the exit opening 64. The difference between the diameter of the input and output cross sections 72 and 76 is shown in FIG. The nested arrangement of the input and output tool rollers described above enables the successful reduction of solid metal wire with a smooth surface finish and a largely circular cross-sectional shape.
This is due to the fact that the nested arrangement, by bringing the input and output openings very close together, ensures that the three-sided curved intermediate cross-section 74 enters the output opening 64 in exact alignment with the tool rollers.
If the three-sided arched cross-section were only slightly twisted, for example, its points with a maximum radius (R max.) Would not be in alignment with the line of action of the output-side tool rollers 44 and the combined force of these rollers would result in a torque on the wire generate its longitudinal axis in the direction of twist.
The increased pressure of the rollers would then cause a further twisting of the wire such that its zones with a maximum radius (R max.) Would be enclosed between adjacent beveled contact surfaces 56 and ribs or burrs would arise.
The nested arrangement prevents this, however, since the inlet and outlet openings are extremely close to one another and the wire has no tendency to twist noticeably when it merges from one to the other.
Another advantage of the reversal effect produced by the input rollers is that it reduces the tensile force required to feed the wire through the output rollers. So the total tensile force required to pull the wire through the two reducing roller sets is far less than the sum of the tensile forces that would be required to pull a wire separately through two individual similar roller sets. As a result, the drawing tension is limited to a minimum and a far greater reduction can be achieved than was previously possible.